Desentrañando el bolsillo de MSH3: nuevas pistas sobre la expansión de repeticiones CAG

En la EH, proteínas de reparación del ADN como MSH3 pueden hacer que la repetición CAG se alargue con el tiempo, de forma accidental. Un equipo de científicos del Reino Unido demostró que actuar sobre un pequeño bolsillo de unión al ADN en MSH3 frena este proceso, abriendo una nueva vía para el desarrollo de tratamientos.

La enfermedad de Huntington (EH) está causada por un tramo de letras de ADN repetidas, C-A-G, dentro del gen de la huntingtina. Sabemos desde hace tiempo que estas repeticiones son perjudiciales, pero en los últimos años hemos aprendido que también son inestables y pueden seguir alargándose con el tiempo. Este proceso, conocido como inestabilidad somática, se reconoce cada vez más como un posible motor de la EH. Cada vez hay más pruebas de que, a medida que las repeticiones CAGRepeticiones CAG El tramo de ADN, al principio del gen de la EH, que contiene una numerosa repetición de la secuencia CAG aparecerá en personas que desarrollarán EH. se expanden en algunas neuronas vulnerables, acaban alcanzando longitudes tóxicas, lo que contribuye al daño de las células cerebrales y al empeoramiento de los síntomas.

Uno de los grandes avances para entender la inestabilidad somática ha sido descubrir que las proteínas encargadas de reparar el ADN dañado también pueden ser motores clave de este proceso. En lugar de proteger el genomagenoma el nombre que se le da a todos los genes que tienen todas las instrucciones para formar una persona u otro organismo, a veces ayudan a que las repeticiones CAGRepeticiones CAG El tramo de ADN, al principio del gen de la EH, que contiene una numerosa repetición de la secuencia CAG aparecerá en personas que desarrollarán EH. se expandan. Al actuar sobre un “bolsillo” de unión al ADN de una de estas proteínas, MSH3, un equipo de científicos del Reino Unido liderado por Sarah Tabrizi demostró que podían frenar la expansión de las repeticiones CAGRepeticiones CAG El tramo de ADN, al principio del gen de la EH, que contiene una numerosa repetición de la secuencia CAG aparecerá en personas que desarrollarán EH.. En conjunto, estos experimentos arrojan luz sobre cómo MSH3 impulsa la expansión de repeticiones CAGRepeticiones CAG El tramo de ADN, al principio del gen de la EH, que contiene una numerosa repetición de la secuencia CAG aparecerá en personas que desarrollarán EH. y sugieren que podría ser posible interferir en este proceso sin afectar al resto de las funciones normales de reparación del ADN de MSH3.

¿Por qué siguen creciendo las repeticiones CAGRepeticiones CAG El tramo de ADN, al principio del gen de la EH, que contiene una numerosa repetición de la secuencia CAG aparecerá en personas que desarrollarán EH.?

Como ya habrán notado los lectores de HDBuzz, la inestabilidad somática se ha convertido en una de las áreas de investigación más importantes en la EH, aunque nuestra comprensión del proceso sigue evolucionando. Grandes estudios genéticos en humanos mostraron que pequeñas variaciones en genes de reparación del ADN pueden tener efectos sorprendentemente grandes sobre la edad de aparición de los síntomas de la EH. Otras pistas han venido de la biología molecular y estructural, de modelos animales y de experimentos en células, donde los científicos pueden eliminar genes o modificar ligeramente proteínas y observar qué ocurre con la expansión de las repeticiones CAGRepeticiones CAG El tramo de ADN, al principio del gen de la EH, que contiene una numerosa repetición de la secuencia CAG aparecerá en personas que desarrollarán EH..

Muchos de estos estudios señalan al mismo grupo de proteínas: la maquinaria de reparación del ADN de la célula. Su trabajo consiste en vigilar nuestro ADN, buscar daños y corregir errores antes de que causen problemas. Algunas de estas proteínas pueden unirse formando equipos, conocidos como complejos proteicos, creando auténticas máquinas moleculares de reparación del ADN. En la EH, sin embargo, parecen quedar atascadas por la repetición CAG expandida, que puede formar un bucle inesperado y sobresaliente. En lugar de solucionar el problema, sus intentos de reparación acaban alargando aún más la repetición.

Todavía no sabemos con certeza por qué ocurre esto. Algunos científicos intentan comprender la biología subyacente, mientras que otros se centran en encontrar formas de interrumpir el proceso, a menudo reduciendo o bloqueando a los miembros clave de este equipo de reparación defectuoso.

Donde MSH3 se encuentra con el ADN

Una de las proteínas que ha emergido como pieza clave se llama MSH3. Forma parte de un importante complejo de reparación del ADN y es muy buena reconociendo bucles o protuberancias inusuales en el ADN. En la EH, esta función parece volverse en su contra, ayudando a que se añadan CAG de más.

Ya sabemos que reducir los niveles de MSH3 en células y en modelos animales de la EH puede frenar la expansión de las repeticiones CAGRepeticiones CAG El tramo de ADN, al principio del gen de la EH, que contiene una numerosa repetición de la secuencia CAG aparecerá en personas que desarrollarán EH.. De hecho, varias empresas están desarrollando tratamientos dirigidos a reducir los niveles de MSH3 como forma de frenar la inestabilidad somática, mientras que otras se centran en la actividad “motora” de la maquinaria molecular de MSH3. Pero otro enfoque consiste en comprender mejor exactamente cómo se relaciona MSH3 con el ADN, y si esa interacción puede interrumpirse sin eliminar la proteína por completo.

Varios estudios han identificado un pequeño bolsillo de unión al ADN en MSH3, donde un surco en la superficie de la proteína entra en contacto con bucles irregulares de ADN, como los que se forman cuando hay demasiadas repeticiones CAGRepeticiones CAG El tramo de ADN, al principio del gen de la EH, que contiene una numerosa repetición de la secuencia CAG aparecerá en personas que desarrollarán EH.. En este estudio, los investigadores hicieron pequeños cambios en la superficie de ese bolsillo para investigar cómo afectar a la unión al ADN podría alterar la expansión de las repeticiones CAGRepeticiones CAG El tramo de ADN, al principio del gen de la EH, que contiene una numerosa repetición de la secuencia CAG aparecerá en personas que desarrollarán EH.. Si la expansión se reduce, quizá sea posible diseñar fármacos que bloqueen este bolsillo e impidan que MSH3 se agarre al ADN en el lugar equivocado.

Poniendo el bolsillo a prueba

Para comprobar si este bolsillo de unión al ADN realmente importa, los científicos diseñaron un modelo celular especializado. Estas células contenían un fragmento de huntingtina con un tramo extra largo de repeticiones CAGRepeticiones CAG El tramo de ADN, al principio del gen de la EH, que contiene una numerosa repetición de la secuencia CAG aparecerá en personas que desarrollarán EH. (118) que se alargaba de forma predecible con el tiempo. También permitían a los investigadores controlar los niveles de MSH3 y hacer pequeños cambios en la propia proteína.

Las proteínas están formadas por veinte bloques químicos diferentes llamados aminoácidosaminoácidos los componentes esenciales que forman las proteínas. Dos de ellos, la tirosina (Y) y la lisina (K), se sitúan uno junto al otro dentro del bolsillo de unión al ADN de MSH3 y le ayudan a reconocer bucles irregulares de ADN. Mediante ingeniería genética, los investigadores sustituyeron estos aminoácidosaminoácidos los componentes esenciales que forman las proteínas por otros diferentes para averiguar qué ocurre cuando MSH3 ya no puede agarrarse al ADN de la misma manera.

Los resultados fueron sorprendentes. Cambiar solo estos dos aminoácidosaminoácidos los componentes esenciales que forman las proteínas detuvo casi por completo la expansión de las repeticiones CAGRepeticiones CAG El tramo de ADN, al principio del gen de la EH, que contiene una numerosa repetición de la secuencia CAG aparecerá en personas que desarrollarán EH.. Los investigadores también demostraron que esto no se debía a que MSH3 hubiera dejado de funcionar por completo. La proteína seguía formándose con normalidad y todavía podía asociarse con otras proteínas del complejo de reparación del ADN. En cambio, los cambios impedían que MSH3 se uniera a los bucles anómalos de ADN formados por las repeticiones CAGRepeticiones CAG El tramo de ADN, al principio del gen de la EH, que contiene una numerosa repetición de la secuencia CAG aparecerá en personas que desarrollarán EH. expandidas.

¿Se puede atacar el bolsillo con un fármaco?

Demostrar que el bolsillo de unión importa es solo el primer paso. La siguiente pregunta es si puede convertirse en diana de un fármaco. Los investigadores recurrieron entonces a una pequeña molécula llamada CP1. Se ha demostrado previamente que este compuesto se adhiere al bolsillo de MSH3 y altera su capacidad para unirse al ADN. CP1 no es un fármaco pensado para tratar la enfermedad; ¡desarrollar, seleccionar y probar moléculas que cumplan ese objetivo es un camino largo! Más bien, puede pensarse en él como una herramienta que los científicos pueden usar para investigar MSH3.

Para probar el CP1, los investigadores diseñaron una especie de trampa experimental. Crearon un pequeño fragmento de ADN que contenía el tipo de bucle CAG que MSH3 reconoce normalmente, y lo usaron como “cebo” molecular. Tal y como esperaban, MSH3 se enganchó al cebo, pero tras el tratamiento con CP1, se capturó mucha menos cantidad de la proteína.

Esto no fue solo un truco bioquímico. El CP1 también redujo la interacción entre MSH3 y los bucles de ADN con repeticiones CAGRepeticiones CAG El tramo de ADN, al principio del gen de la EH, que contiene una numerosa repetición de la secuencia CAG aparecerá en personas que desarrollarán EH. en células vivas, incluidas neuronas derivadas de células madreCélulas madre Células que se pueden convertir en diferentes tipos de células de una persona con EH. Y lo más importante, el compuesto CP1 frenó la inestabilidad somática en todos estos sistemas experimentales.

Un ataque más preciso contra MSH3

Desde hace tiempo sabemos que MSH3 es una diana atractiva para frenar la inestabilidad somática, y varias empresas ya están desarrollando tratamientos diseñados para reducir sus niveles. Sin embargo, como MSH3 normalmente ayuda a reparar el ADN dañado, existe una preocupación comprensible por desactivar por completo una proteína que ayuda a proteger nuestro genomagenoma el nombre que se le da a todos los genes que tienen todas las instrucciones para formar una persona u otro organismo. Este estudio exploró una idea diferente: en lugar de eliminar MSH3, ¿podrían los científicos simplemente impedir que interactuara con las estructuras anómalas de ADN que impulsan la expansión de las repeticiones CAGRepeticiones CAG El tramo de ADN, al principio del gen de la EH, que contiene una numerosa repetición de la secuencia CAG aparecerá en personas que desarrollarán EH.?

La respuesta parece ser que sí. Al actuar sobre un pequeño bolsillo de unión al ADN, los investigadores lograron frenar la inestabilidad somática manteniendo intacta la función normal de MSH3, y lo demostraron en varios sistemas distintos.

Algunas cosas que conviene guardarse en el bolsillo

Conviene tener en cuenta algunas advertencias importantes. Se trata todavía de una investigación en una fase muy temprana. Los científicos adaptaron con ingenio modelos y herramientas ya existentes —como células con repeticiones CAGRepeticiones CAG El tramo de ADN, al principio del gen de la EH, que contiene una numerosa repetición de la secuencia CAG aparecerá en personas que desarrollarán EH. que se expanden rápidamente, niveles ajustables de MSH3 y “cebos” de ADN en forma de bucle— para plantear preguntas importantes sobre la inestabilidad somática. Es un paso hacia una comprensión más profunda, pero hará falta más trabajo para determinar si las conclusiones se aplican en el entorno complejo del cerebro y, en última instancia, en las personas con EH.

La pequeña molécula utilizada en el estudio también tiene sus limitaciones. Aunque el CP1 encaja cómodamente en el bolsillo de MSH3, se trata de una herramienta de investigación, no de un candidato a fármaco, y usarlo a dosis más altas resultó ser algo tóxico para las células. Aunque claramente interrumpió la interacción entre MSH3 y el ADN con repeticiones CAGRepeticiones CAG El tramo de ADN, al principio del gen de la EH, que contiene una numerosa repetición de la secuencia CAG aparecerá en personas que desarrollarán EH., también parece reducir ligeramente los niveles de MSH3, lo que dificulta separar por completo estos dos efectos. Probablemente se necesitarían compuestos más selectivos para avanzar hacia la clínica.

A pesar de estas limitaciones, este estudio supone un avance importante. Aporta pruebas de que interrumpir un bolsillo específico de unión al ADN en MSH3 podría bastar para frenar la expansión de las repeticiones CAGRepeticiones CAG El tramo de ADN, al principio del gen de la EH, que contiene una numerosa repetición de la secuencia CAG aparecerá en personas que desarrollarán EH.. Este trabajo identifica el bolsillo de unión al ADN de MSH3 como una nueva diana terapéutica muy atractiva, y abre la puerta a una prometedora nueva vía para frenar la inestabilidad somática en la EH.

Resumen

• MSH3 es una proteína de reparación del ADN que, de forma accidental, puede hacer que las repeticiones CAGRepeticiones CAG El tramo de ADN, al principio del gen de la EH, que contiene una numerosa repetición de la secuencia CAG aparecerá en personas que desarrollarán EH. se alarguen con el tiempo, lo que podría contribuir a la enfermedad de Huntington.
• Un equipo de científicos identificó un pequeño bolsillo en MSH3 que le ayuda a agarrarse a estructuras inusuales de ADN formadas por repeticiones CAGRepeticiones CAG El tramo de ADN, al principio del gen de la EH, que contiene una numerosa repetición de la secuencia CAG aparecerá en personas que desarrollarán EH. expandidas.
• Modificar este bolsillo o bloquearlo con un compuesto de investigación frenó la expansión de las repeticiones CAGRepeticiones CAG El tramo de ADN, al principio del gen de la EH, que contiene una numerosa repetición de la secuencia CAG aparecerá en personas que desarrollarán EH. en células.
• Esto podría ofrecer una nueva forma de frenar la expansión de las repeticiones CAGRepeticiones CAG El tramo de ADN, al principio del gen de la EH, que contiene una numerosa repetición de la secuencia CAG aparecerá en personas que desarrollarán EH. sin eliminar MSH3 por completo, aunque hace falta más investigación antes de que este enfoque pueda convertirse en un tratamiento.